甘肃省主要小麦生产品种(系)及抗源材料抗白粉病基因推导分析

1、 2112 作 物 学 报 第 36 卷 Table 3 序号 No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 表 3 17 个小麦白粉菌系与 64 个小麦品种 (系 互作反应及推导的 Pm 基因 Putative Pm genes and resistant types expressed by the interaction b

2、etween 17 isolates of powdery mildew and 64 wheat varieties (lines E01 E03 E05 E09 E11 E15 E20 E23 HN-1 Yzhan-1 WH XN-1 YN Xuzhou-1 Henan HB Taiy-1-3 S R R R R S S S R S R R R S R R R S S R R S S S R S S S S S S S S S S S R S R R S S S S R R R S R S R S R R S S S R R R S R R R R R S S S S S R S S S

3、S R R S R R S S S R S S S S S S S R S S S S S S S R S S S R S R R S R R R R R S S R S S S R S R R S S S R R S S R S S S S S S S S S S S S S S S R S S S S S S R S S S R S S S S S S R R S S S S S S S S S S S S S S R R S S R S S R S S S S S S S S S S S R S S S S S S S R S S S R S S R S S S R R R S R S

4、S S S R S S S R S S R R S R R R S S S S S R S S S S S S R S S S S S S R R R S R S R S S S S S S R R S R-S S S S S S S S S S S R-S S R R S S R S S S S S S S S S S S R R R R S S S S S S S R S S S R S S R S S S R R S S S R S S S S S S S S S S S S S S R S S R S S S R S S S S R R S R S S S S S S S R S S

5、S R S S S S S S R R R S S R R-S S S S S S S S S S S S S S R S R R S S R R S S S S R R S R S S S S S S S R S S S R S S R S S S R R S S S S S S S S S S S S S S R R S S R S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S R S S S R S S S S S S R R S S S S S R R R S S S S S S R R S R S S S S S S S S S S S S S

6、R S R S S S S S S R R S R S R S S S S S S R R S S S R S R R R S R R S S S R R S R R R S S S S R S S S S S S R S R R S S S S R S R S S S R S S S S S S R R S S R R R S S S S R R R S S S S S S R R S R S S S S S S S S S S S S R S S S S S S R S S S R S S S S S S R R R S R R R S S R S S S R S S S S S S S

7、S S R S S S S S S S S S S S S R S S S S S R R S R R R S S S S S S R R S S S S S S S S S S S S S S S S S S R S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S R S S S R S S S S S S R R S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S R S S S S S S S S S S R S S S R S S S R S S S R S S S S S S R R S S S S S S S

8、S S S R S S S R S S S R S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S R S S S R S S S S S S R R S S S S S S R S S S R S S S R R S S S S R S R S S S S S S S S R S R S S S S S S S R S S S R S S S 推定基因 Putative gene 兰天 13 + 兰天 15 + 兰天 16 + 兰天 17 21 95-111-3 21 陇原 034 + 陇原 935 + 陇原 031 + 陇原 932 5, + 陇原 99

9、2 + 陇原 011 + 96-43 + 陇鉴 127 + 陇鉴 294 + 陇鉴 102 + 陇鉴 101 + 陇鉴 386 + 陇鉴 338 + 陇鉴 19 + 4-8 + 448-6 + 花培 764 + 会宁 18 + 陇春 21 + 陇育 216 + 西峰 4 号 + 西峰 20 6, + LY935BDNA-3 + LY935BDNA-12 + LY935BDNA-1 + T157MD + + 陇鉴 9811 + LY935BDNA-2 + 陇鉴 9343 + LY935SFDNA 93 保 4-4 + 陇鉴 9821 + 98 保 1-2 8, + 中梁 17 + 中梁 21 +

10、 + 中梁 22 + 中梁 23 + 中梁 24 + 中梁 25 中梁 26 + 中梁 27 + 天选 43 21 天 9412 + Y9220-12 + 863-13 19 X9610 21 洮 157 + 甘春 20 + 武都白茧 + 品种(系 Variety (line 第 12 期 曹世勤等 : 甘肃省主要小麦生产品种(系及抗源材料抗白粉病基因推导分析 2113 (续表 3 序号 No. 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 品种(系 Variety (line IR35 92R137 贵农 22 A3-5 定鉴 3 号 平原 5 Libelulla 咸农 4 号

11、 武都 12 石 7816 推定基因 Putative gene + 21 21 + + + + + + 19 E01 E03 E05 E09 E11 E15 E20 E23 HN-1 Yzhan-1 WH XN-1 YN Xuzhou-1 Henan HB Taiy-1-3 S R R S R S S S S S S R R S S S S S S S S R R S R S S S S S S R R S S R S S S S S R R S S S S S S S S R R S S R S S S S S R R S S R S S S S S R R S S R S S R S S

12、 R R S R R S S S S S R R S R S S S S S S R R S R S S S S S S R R S S S S S S S S R R S S S S S R R S R R S S S S S S S S R R S R R S S S S S R R S S S S S S S S R R S S S S S S S +: 未知抗性基因 ; R: 抗病 (IT 02; S: 感病 (IT 34。 +: resistance gene unknown; R: resistant (IT 02; S: susceptible (IT 34. 3 3.1 讨论

13、基因推导法的特点 基因推导法是 20 世纪 70 年代末至 80 年代初发 展起来的一种小麦抗病性遗传研究新方法 , 该方法 较经典遗传学方法省时省力 , 较分子检测方法省钱 , 一次分析数量多、所用时间短 , 而且结果也相对准 确可靠 , 目前在抗病遗传研究中普遍利用 , 得到国 际小麦遗传和育种界认可 9。 在该方法的基础上 , 利 用现已开发出的相关抗病基因的 SCAR 及 STS 标记 , 进行分子检测 , 将会更为准确地分析供试品种 ( 系 所含的抗病基因。对重要抗病材料的抗性基因 , 应 在此基础上 , 结合常规遗传分析和 SSR 技术开展相 关研究 , 为深入开展新基因的标记和定

14、位研究打下 良好基础。 3.2 影响基因推导法准确性的主要因素分析 虽然基因推导法在短期内可获得较为理想的结 果 , 但在病原菌 寄主的抗感反应研究中 , 会出现 诸多偏差 , 主要表现在以下几个方面 : (1 供试品种遗传背景的差异。虽然从最初始 的系谱看 , 绝大多数品种来自为数不多的几个亲本 材料 , 但绝大多数是在利用一个或多个骨干亲本材 料的基础上 , 以常规杂交方法 , 逐步复合杂交而来 , 聚合了诸多新的抗病基因 , 因此品种抗病基因较为 复杂。同时 , 由于供试品种大量存在基因间互补、 累加、抑制和上位等各种互作 , 可能会在不同试验 者或不同批次条件下对同一品种推导出不同抗病

15、结 果。 (2 环境条件的影响。Dyck 等 13发现 , 在 10 Fig. 1 图 1 供试品种 (系 对白粉病菌的聚类分析 Cluster analysis of 64 wheat varieties (lines based on powdery mildew resistance 品种序号同表 1。 Numbers of varieties (lines given in Table 1. 和 15及 15和 20条件下 , 小麦叶锈病抗性基因 Lr3、Lr17 和 Lr23 的侵染型明显不同。李伯宁等 14 也发现 , 在不同温度下不同白粉病菌菌系对同一品 2114 作 物 学 报

16、 第 36 卷 种的潜育期和终期严重度显著不同。因此在试验过 程中 , 若室内温度条件变化较大 , 必将出现同一品 种、同一菌系在不同重复条件下终期病情反应不一 的现象。同时 , 由于试验中水、肥等条件的差异 , 特 别是显症期及发病期水分的供应和接种后土壤中氮 肥含量的高低 , 光照时间的剧烈变化 , 也会影响幼 苗的生长状况、发病程度和终期病情的表达。 (3 人为因素的影响。由于调查者对病情判别 的尺度不同 , 也会出现一些偏差。特别是在反应型 为 2、2 和 3 的记载上 , 部分品种差异不显著 , 在一 些弱苗和黄化苗上 , 表现更为明显 , 初次调查者的 尺度更难把握。 (4 供试菌

17、系的影响。 研究发现 , 供试菌系数量 越多、菌系间毒性差异越大 , 对供试品种的推测结 果越准确可靠。本试验中 , 有 18 个品种 (系 与 Pm8 抗病基因抗谱完全一致 , 对 17 个供试菌系均表现感 病 , 但无法推测出其所含的抗病基因。这与试验中 缺乏对 Pm8 具有较好识别作用的菌系有关 , 同时也 与供试菌系数量相对较少有关 , 今后研究中进一步 增加和筛选具有不同致病力的白粉病菌菌系 , 将会 更为准确地推测供试品种 ( 系 的抗病基因。刘瞳和 张学博 15 认为 , 通过病菌小种接种试验来推断抗病 品种的抗病基因来源 , 小种的选择是关键。本试验 选择的白粉病菌菌系不仅来自

18、全国不同生态区 , 而 且选择了甘肃省和国内出现频率高、毒力强的 E05、 E09 作为供试菌系 , 这对有效评价供试品种 ( 系 的 抗病性和推断抗病基因来源具有现实意义。 从总体上说 , 抗病基因的作用和表达是极其复 杂的 , 基因互作、环境条件、品种遗传背景、人为 因素等对基因的表达和调查结果均有一定影响 , 在 一定程度上降低了结果的准确度。 + 提高抗病育种效率和品种抗性水平。 本试验结果发现 , 兰天 17 和陇原 034 等 12 个 品种 ( 系 分别表现苗期 ( 全生育期 抗性和成株抗性 , 陇春 21 苗期对 12 个供试菌系表现抗病 , 但成株期 表现感病 , 表明苗期、

19、成株期具有不同的抗性特点 , 因此对这些具有不同抗性特点的品种 ( 系 利用地域 也应有所区别。甘肃陇南麦区小麦白粉病秋苗期菌 源量对当地和甘肃中部、沿黄灌区和河西地区翌年 发病程度影响较大 , 在该区推广利用苗期抗性品种 ( 系 , 慎用或少种成株抗性品种 , 在成株期病害流 行区的甘肃其他地区种植具有成株抗性的品种 ( 系 , 将会充分发挥供试品种 ( 系 抗性特点 , 对甘肃省小 麦白粉病的持续控制具有积极推动作用。 3.4 Pm21 抗病基因的过度利用及在生产上潜在 3.3 苗期基因推导及成株期抗性监测在生产中 的危机 近年来, 含有簇毛麦血缘的抗源材料如贵农 21、贵农 22、92R

20、137、92R178 等 , 在小麦抗病育种 中作为抗条锈和抗白粉病的热门亲本材料被广泛利 用 , 目前已在甘肃省及我国不同生态区选育出了一 大批适于当地种植的生产品种和高代品系。热门抗 源材料的过度利用及其子代材料的大面积推广种植 , 必将加速病原菌定向选择的步伐和抗病基因抗性丧 失的速度。近年来经监测发现 , 甘肃省小麦白粉病 菌对 Pm21 的毒性频率已由 20 世纪初的 0 上升为 2009 年的 20.8%, 对 Pm8 的毒性频率一直保持在 95% 以上 ( 未发表资料 , 这与大面积推广种植含有 这些抗病基因的品种 ( 系 有很大关系。因此若条件 适宜 , 小麦白粉病必将在甘肃省

21、大面积流行 , 应引 起育种和生产部门的高度关注。在今后的工作中 , 应进一步加强抗白粉病的育种和抗病品种推广工作 , 充实甘肃省抗病基因丰富度和抗病品种遗传多样性 , 以解除潜在的危机。 3.5 基因推导法与聚类分析相结合在生产实践 中的意义 本试验将基因推导与聚类分析相结合 , 可较好 地分析品种抗病基因。这与乔奇等 16关于聚类分析 方法和基因推导分析方法相互补充 , 弥补使用同一 种方法的局限性的结果相一致。为丰富和实现甘肃 省小麦品种抗白粉病基因的多样化 , 生产和育种中 可依据供试品种 ( 系 连锁距离的不同 , 在不同生态 区进行品种合理搭配、布局并进行抗病育种 , 为小 麦白粉

22、病的持续控制和抗病品种的更好利用打下良 好基础。 的利用价值 本试验利用基因推导法所推测出的抗性基因仅 适用于苗期。由于接种用病原菌繁殖量和工作量较 大 ; 选用国外菌系在田间进行试验时会造成病菌的 扩散 , 危险性高 ; 田间接种前后易受外来菌源影响 ; 温室或生长箱对成株期鉴定的面积受限 , 因此成株 期抗病基因的推导工作实际上不能开展。甘肃陇南 白粉病菌群体毒性结构复杂 , 毒性基因丰富 , 是自 然的白粉病菌毒性基因库。结合生产实际 , 在该区 开展品种 ( 系 成株期抗性鉴定和监测 , 可准确评价 其抗病性 , 有效指导今后抗病品种的选育和利用 , 第 12 期 曹世勤等 : 甘肃省

23、主要小麦生产品种(系及抗源材料抗白粉病基因推导分析 2115 4 结论 采用苗期基因推导法 , 明确了甘肃省当前主要 40(9: 1925-1935 (in Chinese with English abstract 7 Dubin H J, Johnson R, Stubbs R W. Postulated genes for resistance to stripe rust in selected CIMMYT and related wheats. Plant Dis, 1989, 73: 472-475 8 Loegering W Q, Burton C H. Computer ge

24、nerated hypoythetical genotypes for reaction and pathogenicity of wheat cultivars and cultures of Puccinia graminis tritici. Phytopathology, 1974, 64: 1380-1384 9 Zhou Y-L(周益林, Duan X-Y(段霞瑜, Chen G(陈刚, Sheng B-Q(盛宝钦, Zhang Y(张莹. Analysis of resistance genes of 40 wheat cultivars lines. Acta Phytopat

25、hol Sin ( 植物病理学报 , 2002, 32(4: 301-305 (in Chinese with English abstract 10 Sheng B-Q(盛宝钦. Identification powdery mildew of infection type at seedling stage. Plant Prot (植物保护, 1988, 14(1: 49 (in Chinese 11 Browder L E. Specificity of the Puccinia recondita f. sp. tritici: Triticum aestivum “Bulgaria

26、 88” relationship. Phytopathology, 1973, 63: 524-528 12 Sheng B-Q(盛宝钦, Duan X-Y(段霞瑜. Improving the technology of identification using “0-9 scals” at adult stage. Beijing Agric Sci (北京农业科学, 1991, (1: 38-39 (in Chinese 13 Dyck P L, Johnson R. Temperature sensitivity of genes for resistance in wheat to

27、 Puccinia recondita. Can J Plant Pathol, 1983, 5: 229-234 14 Li B-N(李伯宁, Zhou Y-L(周益林, Duan X-Y(段霞瑜. Effects of temperature on wheat powdery mildew. Plant Prot (植物保护, 2008, 34(3: 22-25 (in Chinese 15 Liu T(刘瞳, Zhang X-B(张学博. Genetic studies of blast disease resistance in rice-gene analysis of major

28、resistant indica rice resources in Fujian. Acta Phytopathol Sin (植物病理学报, 1990, 20(1: 41-46 (in Chinese with English abstract 16 Qiao Q(乔奇, Niu Y-C(牛永春, Wan A-M(万安民, Wu L-R(吴 立人. Cluster analysis of seventy-eight important wheat cultivars for stripe rust resistance in seedling stage. Acta Phytophylac

29、ica Sin (植物保护学报, 2002, 29(3: 210-216 (in Chinese with English abstract 生产品种 ( 系 和抗源材料的抗白粉病基因现状 , 共 推导出 Pm5、Pm6、Pm8、Pm19、Pm21 等 5 个抗病 基因分布于 11 个 小 麦 品 种 ( 系 中 , 另 有 53 个品种 ( 系 含有未知抗病基因。为指导今后甘肃省抗白粉 病品种选育和抗源材料利用、抗病基因合理布局奠 定了基础。 References 1 Li J-P(李继平, Jin S-L(金社林, Chen Y-R(陈怡蓉, Cao S-Q(曹 世勤, Guo Z-J(郭致杰, Jia Q-Z(贾秋珍. Identification of resistance to powdery mildew in wheat varieties (lines. Gansu Agric Sci Technol (甘肃农业科技, 1998, (11: 35-36 (in Chinese 2 Chen W-Q(陈万权, Wang J-X(王剑雄. Genes for leaf and stem rus